Análisis de microRNA y sus genes blanco en líneas celulares de cáncer de cérvix.

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL, 2013.

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.

Modélisation de réseaux d'interactions des microARN et analyse et validation expérimentale de leurs boucles minimales avec des facteurs de transcription

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants qui répriment la traduction de leurs gènes cibles par hybridation à leur ARN messager (ARNm). L'identification de cibles biologiquement actives de miARN est cruciale afin de mieux comprendre leurs rôles. Ce problème est cependant difficile parce que leurs sites ne sont définis que par sept nucléotides. Dans cette thèse je montre qu'il est possible de modéliser certains aspects des miARN afin d'identifier leurs cibles biologiquement actives à travers deux modélisations d'un aspect des miARN. La première modélisation s'intéresse aux aspects de la régulation des miARN par l'identification de boucles de régulation entre des miARN et des facteurs de transcription (FT). Cette modélisation a permis, notamment, d'identifier plus de 700 boucles de régulation miARN/FT, conservées entre l'humain et la souris. Les résultats de cette modélisation ont permis, en particulier, d'identifier deux boucles d'auto-régulation entre LMO2 et les miARN miR-223 et miR-363. Des expériences de transplantation de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs hématopoïétiques ont ensuite permis d'assigner à ces deux miARN un rôle dans la détermination du destin cellulaire hématopoïétique. La deuxième modélisation s'intéresse directement aux interactions des miARN avec les ARNm afin de déterminer les cibles des miARN. Ces travaux ont permis la mise au point d'une méthode simple de prédiction de cibles de miARN dont les performances sont meilleures que les outils courant. Cette modélisation a aussi permis de mettre en lumière certaines conséquences insoupçonnées de l'effet des miARN, telle que la spécificité des cibles de miARN au contexte cellulaire et l'effet de saturation de certains ARNm par les miARN. Cette méthode peut également être utilisée pour identifier des ARNm dont la surexpression fait augmenter un autre ARNm par l'entremise de miARN partagés et dont les effets sur les ARNm non ciblés seraient minimaux.

Caractérisation de l’interaction entre la protéine Lin28 et le précurseur du microARN let-7g

La régulation de l’expression des gènes est ce qui permet à nos cellules de s’adapter à leur environnement, de combattre les infections ou, plus généralement, de produire la quantité exacte de protéine nécessaire pour répondre à un besoin spécifique. Parmi les joueurs les plus importants dans cette régulation de l’expression des gènes on retrouve les microARN (miARN). Ces petits ARN de 22 nucléotides sont présents chez la majorité des espèces multicellulaires et sont responsables du contrôle direct de plus de 30% des gènes exprimant des protéines chez les vertébrés. La famille de miARN lethal-7 (let-7) est composée de miARN parmi les plus connus et ayant des fonctions cruciales pour la cellule. La régulation du niveau des miARN let-7 est essentielle au bon développement cellulaire. La biogenèse de ces miARN, du transcrit primaire jusqu’à leur forme mature, est régulée principalement par Lin28, une protéine pluripotente très conservée. Cette protéine est composée d’un domaine cold shock (CSD) et de deux domaines de liaison au zinc. C’est grâce à ces domaines de liaison à l’ARN que Lin28 peut lier et inhiber la maturation des miARN let-7. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’interaction entre Lin28 et le microARN précurseur let-7g afin de mieux comprendre le rôle de cette protéine dans l’inhibition de la biogenèse du miARN. À l’aide de techniques biochimiques et biophysiques, nous avons d’abord défini les principaux déterminants de l’interaction entre Lin28 et la boucle terminale du miARN précurseur let-7g (TL-let-7g). Nous avons conclu que le domaine C-terminal de Lin28, composé d’un motif riche en lysines et arginines ainsi que de deux motifs de liaison au zinc, permet à la protéine de lier spécifiquement et avec haute affinité un renflement riche en guanine conservé chez les précurseurs de la famille let-7. Aussi, parce que la séquence et la spécificité de liaison à l’ARN de ce domaine C-terminal sont semblables à celles de la protéine NCp7 du VIH, nous avons défini ce dernier comme le domaine NCp7-like de Lin28. Par la suite, nous avons caractérisé la multimérisation de trois protéines Lin28 sur la boucle terminale de pre-let-7g. Ceci a permis de réconcilier d’apparentes contradictions retrouvées dans la littérature actuelle concernant les sites de liaison de Lin28 lors de sa liaison aux miARN précurseurs. Nous avons identifié trois sites de liaison à haute affinité sur TL-let-7g qui sont liés dans un ordre précis par trois protéines Lin28. Lors de la formation du complexe multimérique, le CSD permet une déstabilisation de l’ARN, ce qui rend accessible plusieurs sites de liaison. Le domaine NCp7-like permet plutôt un assemblage ordonné de la protéine et facilite la liaison initiale de cette dernière. Ces nouveaux résultats rendent possible la mise au point d’un nouveau modèle de l’interaction entre Lin28 et le miARN précurseur let-7g. En conclusion, les études réalisées dans cette thèse apportent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle d’une importante famille de miARN et permettront de guider les futures études dans le domaine de recherche en pleine effervescence qu’est celui de la biogenèse des miARN.

MicroRNA–mRNA interaction network using TSK-type recurrent neural fuzzy network

MicroRNAs are short non-coding RNAs that can regulate gene expression during various crucial cell processes such as differentiation, proliferation and apoptosis. Changes in expression profiles of miRNA play an important role in the development of many cancers, including CRC. Therefore, the identification of cancer related miRNAs and their target genes are important for cancer biology research. In this paper, we applied TSK-type recurrent neural fuzzy network (TRNFN) to infer miRNA–mRNA association network from paired miRNA, mRNA expression profiles of CRC patients. We demonstrated that the method we proposed achieved good performance in recovering known experimentally verified miRNA–mRNA associations. Moreover, our approach proved successful in identifying 17 validated cancer miRNAs which are directly involved in the CRC related pathways. Targeting such miRNAs may help not only to prevent the recurrence of disease but also to control the growth of advanced metastatic tumors. Our regulatory modules provide valuable insights into the pathogenesis of cancer

MicroRNAs Modulate Hematopoietic Lineage Differentiation

MicroRNAs (miRNAs), an abundant class of ~22 nucleotide non-coding RNAs, are thought to play an important regulatory role in animal and plant development at the posttranscriptional level. Many miRNAs cloned from mouse bone marrow cells are differentially regulated in various hematopoietic lineages, suggesting that they might influence hematopoietic lineage differentiation. Some human miRNAs are linked to leukemias: the miR-15a/miR-16 locus is frequently deleted or down-regulated in patients with B-cell chronic lymphocytic leukemia and miR-142 is at a translocation site found in a case of aggressive B-cell leukemia. miR-181, a miRNA upregulated only in the B cell lineage of mouse bone marrow cells, promotes B cell differentiation and inhibits production of CD8⁺ T cells when expressed in hematopoietic stem/progenitor cells. In contrast miR-142s inhibits production of both CD4⁺ and CD8⁺ T cells and does not affect B cells. Collectively, these results indicate that microRNAs are components of the molecular circuitry controlling mouse hematopoiesis and suggest that other microRNAs have similar regulatory roles during other facets of vertebrate development.

MicroRNA-3148 Modulates Allelic Expression of Toll-Like Receptor 7 Variant Associated with Systemic Lupus Erythematosus

We previously reported that the G allele of rs3853839 at 3′untranslated region (UTR) of Toll-like receptor 7 (TLR7) was associated with elevated transcript expression and increased risk for systemic lupus erythematosus (SLE) in 9,274 Eastern Asians [P = 6.5×10−10, odds ratio (OR) (95%CI) = 1.27 (1.17–1.36)]. Here, we conducted trans-ancestral fine-mapping in 13,339 subjects including European Americans, African Americans, and Amerindian/Hispanics and confirmed rs3853839 as the only variant within the TLR7-TLR8 region exhibiting consistent and independent association with SLE (Pmeta = 7.5×10−11, OR = 1.24 [1.18–1.34]). The risk G allele was associated with significantly increased levels of TLR7 mRNA and protein in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and elevated luciferase activity of reporter gene in transfected cells. TLR7 3′UTR sequence bearing the non-risk C allele of rs3853839 matches a predicted binding site of microRNA-3148 (miR-3148), suggesting that this microRNA may regulate TLR7 expression. Indeed, miR-3148 levels were inversely correlated with TLR7 transcript levels in PBMCs from SLE patients and controls (R2 = 0.255, P = 0.001). Overexpression of miR-3148 in HEK-293 cells led to significant dose-dependent decrease in luciferase activity for construct driven by TLR7 3′UTR segment bearing the C allele (P = 0.0003). Compared with the G-allele construct, the C-allele construct showed greater than two-fold reduction of luciferase activity in the presence of miR-3148. Reduced modulation by miR-3148 conferred slower degradation of the risk G-allele containing TLR7 transcripts, resulting in elevated levels of gene products. These data establish rs3853839 of TLR7 as a shared risk variant of SLE in 22,613 subjects of Asian, EA, AA, and Amerindian/Hispanic ancestries (Pmeta = 2.0×10−19, OR = 1.25 [1.20–1.32]), which confers allelic effect on transcript turnover via differential binding to the epigenetic factor miR-3148.

MEF2C-MYOCD and leiomodin1 suppression by miRNA-214 promotes smooth muscle cell phenotype switching in pulmonary arterial hypertension

Background Vascular hyperproliferative disorders are characterized by excessive smooth muscle cell (SMC) proliferation leading to vessel remodeling and occlusion. In pulmonary arterial hypertension (PAH), SMC phenotype switching from a terminally differentiated contractile to synthetic state is gaining traction as our understanding of the disease progression improves. While maintenance of SMC contractile phenotype is reportedly orchestrated by a MEF2C-myocardin (MYOCD) interplay, little is known regarding molecular control at this nexus. Moreover, the burgeoning interest in microRNAs (miRs) provides the basis for exploring their modulation of MEF2C-MYOCD signaling, and in turn, a pro-proliferative, synthetic SMC phenotype. We hypothesized that suppression of SMC contractile phenotype in pulmonary hypertension is mediated by miR-214 via repression of the MEF2C-MYOCD-leiomodin1 (LMOD1) signaling axis. Methods and Results In SMCs isolated from a PAH patient cohort and commercially obtained hPASMCs exposed to hypoxia, miR-214 expression was monitored by qRT-PCR. miR-214 was upregulated in PAH- vs. control subject hPASMCs as well as in commercially obtained hPASMCs exposed to hypoxia. These increases in miR-214 were paralleled by MEF2C, MYOCD and SMC contractile protein downregulation. Of these, LMOD1 and MEF2C were directly targeted by the miR. Mir-214 overexpression mimicked the PAH profile, downregulating MEF2C and LMOD1. AntagomiR-214 abrogated hypoxia-induced suppression of the contractile phenotype and its attendant proliferation. Anti-miR-214 also restored PAH-PASMCs to a contractile phenotype seen during vascular homeostasis. Conclusions Our findings illustrate a key role for miR-214 in modulation of MEF2C-MYOCD-LMOD1 signaling and suggest that an antagonist of miR-214 could mitigate SMC phenotype changes and proliferation in vascular hyperproliferative disorders including PAH.

Effects of let-7 microRNA on Cell Growth and Differentiation of Papillary Thyroid Cancer

Papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common endocrine malignancy and RET/PTC rearrangements represent key genetic events frequently associated to this cancer, enhancing proliferation and dedifferentiation by activation of the RET/PTC-RAS-BRAF-mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway. Recently, let-7 microRNA was found to reduce RAS levels in lung cancer, acting as a tumor suppressor gene. Here, we report that RET/PTC3 oncogenic activation in PCCL3 rat thyroid cells markedly reduces let-7f expression. Moreover, stable transfection of let-7 microRNA in TPC-1 cells, which harbor RET/PTC1 rearrangement, inhibits MAPK activation. As a result, let-7f was capable of reducing TPC-1 cell growth, and this might be explained, at least in part, by decreased messenger RNA (mRNA) expression of cell cycle stimulators such as MYC and CCND1 (cyclin D1) and increased P21 cell cycle inhibitor mRNA. In addition, let-7 enhanced transcriptional expression of molecular markers of thyroid differentiation such as TITF1 and TG. Thus, reduced expression of let-7f might be an essential molecular event in RET/PTC malignant transformation. Moreover, let-7f effects on thyroid growth and differentiation might attenuate neoplastic process of RET/PTC papillary thyroid oncogenesis through impairment of MAPK signaling pathway activation. This is the first functional demonstration of an association of let-7 with thyroid cancer cell growth and differentiation.

Identification of a microRNA signature associated with progression of leukoplakia to oral carcinoma

MicroRNAs (miRs) are non-coding RNA molecules involved in cancer initiation and progression. Deregulated miR expression has been implicated in cancer; however, there are no studies implicating an miR signature associated with progression in oral squamous cell carcinoma (OSCC). Although OSCC may develop from oral leukoplakia, clinical and histological assessments have limited prognostic value in predicting which leukoplakic lesions will progress. Our aim was to quantify miR expression changes in leukoplakia and same-site OSCC and to identify an miR signature associated with progression. We examined miR expression changes in 43 sequential progressive samples from 12 patients and four non-progressive leukoplakias from four different patients, using TaqMan Low Density Arrays. The findings were validated using quantitative RT-PCR in an independent cohort of 52 progressive dysplasias and OSCCs, and five non-progressive dysplasias. Global miR expression profiles distinguished progressive leukoplakia/OSCC from non-progressive leukoplakias/normal tissues. One hundred and nine miRs were highly expressed exclusively in progressive leukoplakia and invasive OSCC. miR-21, miR-181b and miR-345 expressions were consistently increased and associated with increases in lesion severity during progression. Over-expression of miR-21, miR-181b and miR-345 may play an important role in malignant transformation. Our study provides the first evidence of an miR signature potentially useful for identifying leukoplakias at risk of malignant transformation.